2020年2月，美空軍發佈“敏捷至上”（Agility Prime）計劃招標書，通過演示驗證等方式探索電動垂直起降（eVTOL）航空器在短距運輸、搜索救援等軍事任務中的應用。
電動垂直起降航空器可實現低成本、低噪聲的短途運輸，藉助民用城市空運（UAM）市場的浪潮，相關技術迎來了空前發展，吸引了全球鉅額資金投入。美空軍希望將相關技術引入軍事行動領域，從而在短途任務中替代傳統直升機、傾轉旋翼機等航空器，大幅降低任務成本、打造敏捷任務能力。
這一計劃是繼2020年年初美國航空航天學會科技大會上美空軍研究實驗室公開混合電推進固定翼飛機概念方案之後，美空軍再一次關注電動飛機技術，相關研究已經覆蓋了大型固定翼和小型垂直起降兩種形式，體現了美空軍正全方位推動電動飛機技術在軍事行動中的應用。
一、美空軍推動電動垂直起降航空器發展的背景和需求
近年來，為了滿足城市空運需求，電動垂直起降航空器技術得到了廣泛關注和快速發展。電動垂直起降航空器的典型運行場景是航程100千米以內、垂直起降、巡航高度數十至數百米，一般採用全電推進，為了拓展航程也可採用混合電推進，但會相應提高平臺技術複雜度。目前，以優步為代表的交通運營商、以空客/波音/貝爾/羅羅等為代表的傳統航空製造商、以Joby/Volocopter等為代表的初創企業，以及以韓國現代等為代表的汽車企業均已佈局電動垂直起降航空器市場，以期取代直升機，構建高效、低噪聲、低排放的短途運輸新範式。
基於eVTOL航空器的城市空運生態（美國航空航天局圖片）
2019年8月，白宮通過行政備忘錄指出美國應當將電動垂直起降航空器作為優先發展的技術領域。對電動垂直起降航空器的支持是美國政府2021財年高級運輸領域研發計劃的新增內容。2019年10月，美空軍研究實驗室首次表示，希望探索將民用電動垂直起降航空器技術應用於空軍的軍事行動中。
電動垂直起降航空器的典型軍事應用場景包括相對短距離的貨物運輸、少量軍事人員運送、搜索與救援等，在特種作戰中尤為常見。例如為小型作戰單位提供補給的後勤任務，僅需投遞數十千克武器、彈藥、飲水等。目前為了完成上述任務，需要採用傳統直升機或者特種飛機，以美空軍V-22“魚鷹”傾轉旋翼機為例，其每飛行小時運行成本高達9000美元，同時需要消耗大量維護成本和人員工時。電動垂直起降航空器完美契合此類任務需求，其運行和維護成本極低，所需的人員工時也很有限。
實際上，本次提出的“敏捷至上”計劃並非美軍首次關注電動垂直起降航空器。早在2013年，美國防部國防高級研究計劃局（DARPA）就啟動了“垂直起降實驗飛機”（VTOL X）計劃，由極光飛行科學公司（現屬波音）、羅羅公司和霍尼韋爾公司合作開發，名為XV-24。採用分佈式電推進佈局、傾轉翼結構，具有24個電機驅動的變距涵道風扇，可實現垂直起降並轉換為平飛巡航模態。羅羅公司提供AE1107渦軸發動機，裝於機身中央，驅動3臺1兆瓦發電機，為推進系統提供電能。2017年4月，完成了1/5縮比驗證機試飛，驗證了電推進系統、傾轉翼等設計的可行性。但由於霍尼韋爾在1兆瓦發電機研發過程中遇到了熱管理困難、同時DARPA沒有找到合適的軍方合作方，因而DARPA於2018年初取消了該項目。時隔7年，美空軍重啟電動垂直起降航空器的軍事應用研究，是美國對軍用電動飛機技術的新嘗試。
XV-24概念圖（美國防部國防高級研究計劃局）
XV-24縮比驗證機試飛（美國防部國防高級研究計劃局）二、“敏捷至上”計劃內容
美空軍“敏捷至上”計劃的核心是基於“比武”的採購計劃，美空軍為研究方提供資金和政府資源支持，開展多種載荷與飛行時間條件下的航空器演示驗證，基於參與者的表現為其提供軍方安全認證機會乃至簽署採辦合同。該計劃對航空器的要求主要包括以下5方面：
——機械結構較傳統垂直起降航空器簡化，從而降低維護成本和週期；
——應用自主飛行技術，提高安全性、降低人員操作需求；
——經濟性，可批量生產應用；
——採用分佈式電推進技術實現低噪聲；
——靈活、敏捷，減少對基礎設施的依賴。
區別於初創企業基於概念方案的早期融資，“敏捷至上”計劃要求參與者提供的驗證機具有足夠的技術成熟度，能夠在2020年實現可重複的任務飛行。具體而言，參與者必須在2020年12月17日前完成全尺寸演示驗證機的首飛，且需滿足如下技術指標：
——有效載荷3～8人；
——可採用全電推進或混合電推進；
——航程大於161千米（100英里）；
——飛行速度大於161千米／時（100英里／時）；
——航時超過60分鐘。
“敏捷至上”計劃提出的技術指標較現有城市空運領域eVTOL航空器的設計指標更高，以典型的城市空運航空器為例，貝爾公司於今年1月提出的Nexus 4EX概念方案航程為95千米（60英里），現代汽車公司同期提出的S-A1概念方案航程同樣約為100千米，這一數值是城市空運需求的典型值，但根據美空軍的需求，軍事任務需要更大的航程。此外，軍事任務的環境條件與城市存在顯著差異，需要考慮結冰防護等多種環境控制問題。美國Joby飛機公司的S4航空器是滿足這一需求的為數不多的航空器之一，其採用傾轉旋翼構型，採用全電推進系統，4座，巡航速度320千米／時，航程240千米；該公司近期獲得了豐田領投的5.9億美元融資（豐田投資3.94億美元），成為全球融資最多的城市空運航空器企業。
Joby城市空運航空器S4
“敏捷至上”計劃並不會提供鉅額資金支持航空器研發，其提供的條件是政府資源。通過“比武”的參與者能夠獲得包括風洞、電磁干擾（EMI）試驗室、聲學試驗室、試飛空域等在內的資源，並獲得非商業適航認證的快速通道權利，進一步可能獲得軍方採購合同。除了航空器製造商，“敏捷至上”計劃還為相關技術研究者開放，包括自主飛行、機載系統、感知與避障等。
三、小結
當前，以電動飛機技術為代表的新一輪航空科技革命正在重構航空產業競爭格局，電動飛機技術以其節能、減排、降噪的收益獲得了世界主要航空強國的高度關注。電動飛機技術的應用目前主要集中在民用飛機領域，在全球鉅額資金投入推動下，電動飛機技術正處於高速發展中。
由於發電、配電、能量控制等機載系統技術具有高度軍民融合的特徵，民用電動飛機相關技術可迅速應用於軍用航空領域。美空軍充分利用民用電動飛機市場的發展成果，推動了電動飛機技術在國防領域的多方位應用。
通過電動汽車等行業的大力投入，我國在動力電池、能量管理等領域已有豐富的技術儲備。我國應高度關注電動飛機技術，充分利用軍民融合的發展途徑，大力民用和軍用航空裝備兩條路線同步發展，在新一輪航空技術革命中佔據先機。
穆作棟先生已為《空天防務觀察》提供5篇專欄文章，如下表：
<table><tbody>美海軍針對定向能武器需求開展“能量庫”研究計劃
2019年3月12日
美國“利爪”反無人機激光武器系統分析
7月1日
戰場電氣化——美空軍研究實驗室展示分佈式混合電推進飛機概念
2020年1月13日
戰場電氣化——防務領域的能量系統技術革命
1月17日
“敏捷至上”！美空軍推動電動垂直起降航空器應用於軍事任務（即本篇）
3月17日
（中國航空工業發展研究中心 穆作棟）
本篇供稿：系統工程研究所
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